本文關(guān)鍵詞：倍半萜內(nèi)酯合成關(guān)鍵酶基因挖掘與功能分析

  更多相關(guān)文章： 倍半萜內(nèi)酯 細(xì)胞色素P450 吉瑪烯A酸C8羥基化酶 C12 8型倍半萜內(nèi)酯 旋覆花內(nèi)酯

【摘要】：倍半萜內(nèi)酯是菊科植物的特征化合物和主要藥效成分,具有顯著的生物學(xué)和藥理學(xué)活性,如抗癌和抗痢疾作用等。起源于GermacreneAacid(GAA)碳骨架的倍半萜內(nèi)酯化合物根據(jù)其內(nèi)酯環(huán)空間位置和立體異構(gòu)的不同分為C12,6α型、C12,6β型、C12,8α型、C12,8β型四種類型,并由不同CYPs酶催化GAA碳骨架形成。當(dāng)前四種類型倍半萜內(nèi)酯化合物中只有C12,6α型倍半萜內(nèi)酯環(huán)的形成機制被成功解析,其他類型倍半萜內(nèi)酯環(huán)的形成機制目前仍然不清楚。本論文借助轉(zhuǎn)錄組學(xué)、生物化學(xué)及植物化學(xué)等手段,主要圍繞C12,8型倍半萜內(nèi)酯環(huán)成環(huán)的分子機制和桉烷型倍半萜內(nèi)酯核心碳骨架形成的分子機制展開。本論文首先開展C12,8型倍半萜內(nèi)酯環(huán)成環(huán)分子機制的解析工作,我們從湖北恩施特種旋覆花(Inula huphensis)植物中成功分離到一條P450酶Ih8H,Ih8H催化底物GAA同時生成兩種立體異構(gòu)產(chǎn)物8α-OH GAA和8β-OH GAA,8α-OH GAA能進(jìn)一步自動環(huán)化形成C12,8α型倍半萜內(nèi)酯化合物Inunolide,而8β-OHGAA相當(dāng)穩(wěn)定不能自動環(huán)化成相應(yīng)內(nèi)酯產(chǎn)物。Ih8H與已報道的C6-α羥基化和C8-β羥基化功能酶CYP71BL1/2同源性分別為63%和66%,表明Ih8H與其他立體異構(gòu)CYPs進(jìn)化路線相同,但I(xiàn)h8H表現(xiàn)出立體異構(gòu)非選擇的特征。通過分析不同組織中Ih8H基因的表達(dá)和C12,8型倍半萜內(nèi)酯化合物積累關(guān)系,以及在外源MeJA誘導(dǎo)條件下Ih8H基因的表達(dá)和C12,8型倍半萜內(nèi)酯化合物變化關(guān)系,進(jìn)一步明確了 Ih8H酶在C12,8型倍半萜內(nèi)酯的生物合成途徑中起到關(guān)鍵性作用。為進(jìn)一步確定Ih8H的功能,本研究還從另外2種菊科植物(蒼耳Xanthium strumarium和線葉旋覆花Inula lineariifolia)中分離了Ih8H的同源基因,并開展了其生化功能分析,得出如下結(jié)果:1、從來源于中國湖北省以及河南省的蒼耳植物分離了 Ih8H同源基因,分別命名為Xs8H-HB與Xs8H-HN,生物化學(xué)研究表明Xs8H-HN能催化底物GAA形成C12,8α型倍半萜內(nèi)酯化合物Inunolide和中間產(chǎn)物8β-OH GAA,而Xs8H-HB無催化GAA活性,進(jìn)一步通過定點突變技術(shù)證實蒼耳Xs8Hs中第116位氨基酸是控制催化GAA的關(guān)鍵活性位點;2、從線葉旋覆花中分離了 Ih8H同源基因,將其命名為Il8H,生化功能分析顯示Il8H催化了Ih8H—樣的酶活性。綜上所述,本部分研究成功解析了 C12,8α型倍半萜內(nèi)酯環(huán)成環(huán)的分子機制,從菊科植物中成功分離鑒定的3個Ih8H同系物(Ih8H、Il8H和Xs8H-HN)為以后代謝工程學(xué)合成12,8a型倍半萜內(nèi)酯提供基因元件,同時,在Xs8Hs中控制其催化活性的第116位氨基酸的成功解析為自然界中CYP酶催化不同空間位置和立體異構(gòu)選擇機制的解析提供參考。緊接著論文的第二部分內(nèi)容解析了桉烷型倍半萜內(nèi)酯核心碳骨架形成的分子機制。從湖北恩施特種旋覆花植物中挖掘到1條新的倍半萜碳骨架形成酶—10-epi-Junenol合酶(IhsTPS1),IhsTPS1催化桉烷型倍半萜碳骨架產(chǎn)物10-epi-Junenol的形成,10-epi-Junenol合酶是從植物界中分離鑒定的新的倍半萜合酶,10-epi-junenol生物合成機制的成功解析將為下游Junenol骨架的桉烷型倍半萜內(nèi)酯生物合成途徑的解析提供前期基礎(chǔ);此外,IhsTPS1的催化產(chǎn)物10-epi-junenol是揮發(fā)性精油的重要成分,它們的成功挖掘為將來利用合成生物學(xué)策略開發(fā)為香料和化妝品提供基因元件。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院武漢植物園
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q943.2

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 歐麗紅,秦路平;蒼耳屬藥用植物資源及其化學(xué)成分和生物活性(摘要)[J];藥學(xué)實踐雜志;2000年05期

2 羅愛白;中藥蒼耳子、浮萍、冰片對皮膚瘙癢癥作用機理的探討[J];華夏醫(yī)學(xué);1998年03期

3 方敏;中藥氣霧治療鼻咽喉疾病[J];中國中西醫(yī)結(jié)合耳鼻咽喉科雜志;1994年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 覃江江;四種旋覆花屬藥用植物中新型倍半萜的發(fā)現(xiàn)及生物活性研究[D];上海交通大學(xué);2011年

，

本文編號：1293155